CC BY
455
2014
ВЕСТНИК САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Сер. 11
Вып. 4
ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ НАУКА И КЛИНИЧЕСКАЯ МЕДИЦИНА
УДК 612.017+579.86+615.37+616.3 Е. И. Ермоленко
ИММУНОМОДУЛИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ ПРОБИОТИЧЕСКИХ БАКТЕРИЙ ПРИ ЗАБОЛЕВАНИЯХ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГО ТРАКТА
Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9; Научно-исследовательский институт экспериментальной медицины СевероЗападного отделения РАМН, Российская Федерация, 197376, Санкт-Петербург, ул. акад. Павлова, 12
Обзор посвящен одному из наиболее важных эффектов действия пробиотических бактерий — влиянию на иммунную систему. Молочнокислые бактерии, заселяющие желудочно-кишечный тракт, активно взаимодействуют с мукозоассоциированной лимфоидной тканью, оказывают существенное влияние на иммунную систему организма млекопитающих.
Приведены данные, доказывающие, что действие различных пробиотических бактерий неравнозначно. Они способствуют сохранению гомеостаза, модулируют защитные реакции, повышают врожденный иммунитет, изменяют системные и местные проявления иммунного ответа. Показано, что суммарный иммуномодулирующий эффект пробиотиков зависит от локализации патологического процесса, способа введения препарата и индивидуальных особенностей организма хозяина. При наличии инфекционной патологии характер влияния пробиотиков существенно изменяется. Различные штаммы пробиотиков напрямую и опосредованно (влияя на состав микробиоты) могут разнонаправленно действовать на иммунную систему. Доказана способность пробиотических молочнокислых бактерий в системах in vitro и in vivo влиять на продукцию про- и антивоспалительных цитокинов, стимулировать или подавлять экспрессию специфических рецепторов на поверхности иммунокомпетентных клеток, обеспечивающих поляризацию иммунного ответа по №-1, №-2- Th-reg путям.
Доказана необходимость исследования специфического действия штаммов молочнокислых бактерий на иммунитет для более адекватного подбора пробиотических препаратов при терапии различных заболеваний. Библиогр. 65 назв. Табл. 7.
Ключевые слова: лактобациллы, бифидобактерии, энтерококки, иммунитет, кишечник.
IMMUNOMODULATORY EFFECT OF PROBIOTIC BACTERIA IN CASE OF THE DISEASES OF GASTROINTESTINAL TRACT
E. I. Ermolenko
St. Petersburg State University, 7-9, Universitetskaya nab., St. Petersburg, 199034, Russian Federation; Institute of Experimental Medicine of the NorthWest Branch of the Russian Academy of Medical Sciences, 12, ul. akad. Pavlova, St. Petersburg, 197376, Russian Federation
The review is devoted to one of the most important effects of the action of probiotic bacteria — the effect on the immune system. Lactic acid bacteria colonising the gastrointestinal tract actively interact with mucosaassociated tissue and have a significant effect on the immune system of mammals. The data shows that the effect of different probiotic bacteria is not equivalent. They help maintain homeostasis, modulate defensive responses, increase innate immunity and alter systemic and local manifestations of the immune response. It was shown that the overall effect of immunomodulatory probiotics depends on
the localization of the pathological process, method of administration and the individual characteristics of the host organism. In the presence of infectious pathology the character of the influence of probiotics changes significantly. Different strains of probiotics may act directly and indirectly (influencing the composition of the microbiota) in different directions on the immune system. The ability of probiotic lactic acid bacteria in vitro and in vivo to influence the production of pro- and anti-inflammatory cytokines that stimulate or inhibit the expression of specific receptors on the surface of immune cells, providing for the polarization of the immune response to Th 1, Th-2-Th-reg ways was proven. Therefore, it is necessary to study the specific effects of lactic acid bacteria strains on immunity for a more adequate selection of probiotics in treatment of various diseases. Refs 65. Tables 7.
Keywords: Lactobacillus, Bifidobacterium, Enterococcus, gastrointestinal tract.
Пробиотики — живые бактерии, оказывающие при введении в организм в адекватных количествах благотворный эффект на здоровье [1]. В настоящее время про-биотические препараты все чаще оцениваются не только по их антимикробному действию, но и по особенностям воздействия на организм и его микробиоту при развитии аллергических реакций, аутоиммунных процессов, необходимости усиления иммунного ответа, при терапии подострых и хронических инфекционных заболеваний [2]. Пробиотические препараты, преимущественно, вводятся перорально. Наиболее успешно они используются в гастроэнтерологии для коррекции дисбио-зов, терапии синдрома раздраженного кишечника, болезни Крона и неспецифического язвенного колита [3-7].
Пробиотики разрабатываются, как правило, на основе бифидобактерий, лакто-бацилл, эшерихий, а также непатогенных стрептококков и энтерококков, выделенных из кишечника здоровых людей и животных или из пищевых продуктов. Эти бактерии оказывают существенное влияние на иммунитет, осуществляя взаимодействие с лимфоидной системой, ассоциированной с кишечником (gut associated lymphoid tissue, GALT). GALT включает в себя: эпителий кишечника, собственную пластинку слизистой, Пейеровы бляшки, мезентериальные узлы, а также специализированные энтероциты М-клетки (microfold), дендритные клетки, полиморфноядерные лейкоциты и лимфоциты. Выявлены штаммоспецифические особенности иммуно-модулирующего действия некоторых пробиотических штаммов. Однако эти данные неоднозначны по трактовкам и разрознены. Общие механизмы и специфические особенности взаимодействия различных пробиотических бактерий с микробиотой кишечника, GALT и иммунной системой необычайно сложны и пока до конца не выяснены, что существенно затрудняет использование пробиотических средств в медицине и ветеринарии.
Методы исследований иммуномодулирующих свойств пробиотиков. Имму-номодулирующие свойства живых пробиотических культур, компонентов клеточной стенки, ДНК и отдельных метаболитов могут исследоваться на различных клеточных культурах, с использованием лабораторных животных, а также при анализе изменения иммунологических показателей на фоне введения пробиотиков врачами и ветеринарами.
В качестве биологических моделей для изучения механизмов действия пробио-тических штаммов на желудочно-кишечный тракт можно использовать гнотобион-тов, частично и полностью деконтаминированных, здоровых животных, имеющих дефекты в иммунной системе. Существует несколько экспериментальных моделей неспецифических воспалительных процессов в кишечнике животных:
• спонтанный колит у животных с дефицитами в продукции IL-10 IL-2 (IL-10-/-IL2-/- мыши и HLA-B27 трансгенных крыс);
• колит у мышей и крыс, вызванный введением различных химических веществ (тринитробензосульфоновой кислоты, этанола, 4%-ного раствора уксусной кислоты и лоперамида);
• илеит у мышей и крыс;
• антибиотикоассоциированная диарея и др. [7].
Для создания искусственного дисбиоза кишечника у крыс и мышей животные обычно получают антибиотики (амикацин, ампиокс, ампициллин, рифампицин, тетрациклин) и метронидазол [8-11]. Дисбиоз у хомяков создавали путем введения клиндамицина, ванкомицина или Clostridium difficile [12, 13]. Пробиотики в ходе экспериментов вводили интрагастрально, per os или per rectum в дозах от 107 КОЕ/мл до 1010 КОЕ/мл.
Более простой системой для изучения иммуномодулирующих свойств проби-отиков на клеточном и тканевом уровне является использование культур клеток различного происхождения. Данный подход позволяет оценить адгезивность про-биотических бактерий, способность ингибировать адгезию патогенных микроорганизмов, экспрессию различных факторов: сигнальных молекул, цитокинов и рецепторов на поверхности эукариотических клеток, а также фагоцитарную активность в случае использования фагоцитов.
Кроме того, при оценке иммуномодулирующих свойств пробиотиков важно оценивать структурные и функциональные изменения слизистой желудочно-кишечного тракта. Наличие различных рецепторов, цитокинов и дифференцировоч-ных маркеров (claster of differentiation CD), сигнальных молекул и рецепторов на поверхности и внутри клеток крови и различных лимфоидных тканей может быть охарактеризовано при помощи генетических (обратно-транскрипционная полиме-разная цепная реакция, ОТ-ПЦР) и иммунологических методов (иммунофермент-ного, иммунофлюоресцентного анализов и проточной цитометрии).
Влияние пробиотических бактерий на врожденный иммунитет. Слизистые открытых полостей макроорганизма представляют собой единую систему. Их барьерная функция определяется состоянием колонизационной резистентности (КР) — способностью микробиоты и макроорганизма в кооперации защищать экосистему слизистых от патогенов [2]. Антиинфекционная защита на местном уровне развивается путем формирования типичной воспалительной реакции при взаимодействии патогенов с TLR-рецепторами. Она сопровождается экспрессией генов цитокиново-го каскада, ответственного за активацию фагоцитов и других иммунокомпетентных клеток, иммуноглобулинов, что, в свою очередь, определяет уровень мукозальной КР и, в дальнейшем, блокирование жизнедеятельности, дезинтеграцию и удаление инфекционного агента из организма [14]. Введение пробиотических бактерий способствует быстрому обезвреживанию патогенных микроорганизмов на поверхности слизистых оболочек желудочно-кишечного тракта, реализуя целый ряд воспалительных реакций, обусловленных стимуляцией NFkB (нуклеарного фактора каппа) и MAP (митогенактивирующей протеинкиназы), индуцирующих продукцию провоспалительных цитокинов. Также после введения пробиотиков отмечено усиление активации белков системы комплемента [15, 16].
Однако изучение влияния молочнокислых бактерий на иммунокомпетент-ные клетки выявило наряду с общими тенденциями и индивидуальные особенности культур. Показано, что практически все пробиотические грамположительные бактерии осуществляют активацию иммунокомпетентных клеток (ИКП), несущих на своей поверхности TLR2, TLR3 (реагируют с компонентами пептидогликана), TLR5 (связываются с флагеллином), TLR9 (фрагментами ДНК), NOD 2 (цитозоль-ный внутриклеточный рецептор, связывающий бактериальный мурамил-дипептид) и другие рецепторы. Особенностью грамотрицательных бактерий является способность взаимодействия с TLR4 рецепторами, связывающимися с липополисахарида-ми их клеточной стенки [17].
В то же время С. Galdeano c соавторами [18] обнаружено, что некоторые штаммы пробиотических бактерий вызывали снижение экспрессии патернассоциированных рецепторов TLR2, TLR3, TLR4 и TLR5 рецепторов на поверхности эукариотических клеток в системе in vitro. В результате происходило снижение фагоцитоза и уменьшение продукции IL-1. Примером штаммов, снижающих выработку провоспали-тельных цитокинов TNF-a и IFN-y, являются L. acidophilus ATCC 4356 и Streptococcus thermophilus ATCC 19258 [19].
Показано, что пробиотические бифидобактерии, лактобациллы, прикрепляясь к эпителию, за счет специфических адгезинов, в том числе осуществляющих взаимодействие с маннозными рецепторами, конкурируют за сайты прикрепления с патогенными бактериями. Адгезия пробиотических бактерий к эпителию кишечника включает в себя взаимодействие с поверхностью М-клеток и внутриэпителиальны-ми лимфоцитами (в основном CD8+, цитотоксические) и слизью [20].
Хорошо изучены адгезины лактобацилл. Так, поверхностные структуры Tu и GROEL Lactobacillus jonsonii LAI и другие адгезины могут связываться не только с маннозными рецепторами, но и с муцином, а также вызывать агрегацию патогенных бактерий и их быстрое выведение из кишечника.
Некоторые пробиотические бактерии усиливают барьерные функции слизистой кишечника, вызывая репарацию ее повреждений после воздействия различных факторов, в том числе патогенных микроорганизмов и провоспалительных цитокинов. Эта защита включает повышение секреции муцина и пролиферативной активности эпителиоцитов, усиление межклеточных контактов (трансэпителиальной устойчивости). Показано, что энтероциты экспрессируют рецептор для эпителиального фактора роста (epithelial growh factor receptor, EGF-R), индукция которого приводит к более плотному соединению эпителиальных клеток и усилению барьерных функций [21].
На клеточном уровне введение пробиотиков может вызывать следующие эффекты: увеличение фосфорелирования белков цитоскелета и защита от оксидатив-ного стресса [22], влияние на продукции белков теплового шока [23], регуляция апоптоза [24].
При исследовании гнотобионтов и конвекциональными животными показано, что микробиота стимулирует процессы регенерации в слизистой кишечника, увеличивает митотический индекс в эпителиоцитах и способствует инфильтрации эпителия иммунокомпетентными клетками. Аналогичные результаты получены при изучении влияния пробиотических лактобацилл и бифидобактерий на слизистую желудочно-кишечного тракта здоровых животных и с искусственно индуцированным
дисбиозом кишечника, колитом, язвенной болезнью [8, 25, 26]. В. Н. Афонюшкин с соавторами проследили характер морфологических изменений слизистой (эпителия, собственной пластинки слизистой) [11]. В результате доказано, что при введении различных молочнокислых бактерий увеличивается кровоснабжение слизистой кишечника и уменьшаются размеры крипт кишечного эпителия [25, 27], увеличиваются или, наоборот, уменьшаются толщина и длина ворсинок [21, 25, 28]. На фоне приема пробиотиков при наличии кишечной патологии и у здоровых людей выявлено непосредственное влияние введения пробиотических бактерий на количество бокаловидных клеток и на их секреторную активность [25, 27, 29]. Стимуляция сли-зеобразования является штаммоспефическим процессом и происходит в результате активации рецепторов на поверхности бокаловидных клеток МиС 1 МиС 2. Образование слизи рассматривается как позитивный фактор, так как создаются идеальные условия для размножения бифидобактерий, в отличие от других представителей микробиоты использующих мукозные компоненты в своем метаболизме [21].
В различных биологических системах доказано, что лактобациллы и бифидо-бактерии могут активировать фагоцитоз [30, 31], увеличивать количество нормальных киллеров ^К) и их активность [20]. Выявлены различия в данных показателях у различных штаммов пробиотических бактерий (табл. 1).
В работах последних десятилетий подчеркивалось, что пробиотические бактерии главным образом активируют иммунитет, вызывая быструю реакцию на введение патогенных микроорганизмов. При отсутствии патологии гомеостаз сохраняется и существенного влияния на иммунитет не оказывается. В то же время при введении пробиотических бактерий на фоне иммунопатологических состояний, вызванных разными причинами, в том числе запуском иммунопатологических реакций, эффекты пробиотиков могут быть диаметрально противоположными.
Табпица 1. Штаммоспецифическое действие пробиотических бактерий на врожденный иммунитет
[21, 30-33]
Эффекты Штаммы пробиотических бактерий
Увеличение фагоцитарной активности* L. acidophilus (johnsonii) La1, L. сasei, B. lactis Bb12, B. lactis HN019, L. rhamnosus GG, L. rhamnosus HN001
Увеличение активности NK L. rhamnosus, HN001, B. lactis HN109, L. casei subsp. сasei
Стимуляция продукции 1дА B. bifidum, L. acidophilus, (johnsonii) La1, L. casei, L. rhamnosus GG, B. lactis Bb12
Индукция апоптоза, супрессия пролиферации лимфоцитов L. casei GG, B. lactis, L. acidophilus, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, S. thermophilus, L. paracasei, E. coli Nissle 1917
Увеличение продукции слизи, стимуляции МиС2 и МиСЗ рецепторов на поверхности клеток Гоблета L. plantarum 299v , L. casei GG, VSL 3
Индукция апоптоза и белка теплового шока VSL 3**
Примечания: * указаны только штаммы, в которых данные эффекты были отмечены в отличие от других; ** содержит 1 штамм Streptococcus thermophiles, 4 штамма Lactobacillus spp., 3 штамма Bifidobacterium spp.
Влияние пробиотиков на адаптивный (приобретенный) иммунитет. Общеизвестно, что приобретенный иммунитет специализируется на детекции индиви-
дуальных структурных особенностей каждого конкретного инфекционного агента или вещества. Проявление и реакции специфического (приобретенного) иммунного ответа зависят от направления дифференцировки Th0 лимфоцитов (табл. 2) с образованием субпопуляции Т лимфоцитов Thl, Th2 и Th-reg (CD4+ a chain of IL-2R), (CD25+)+ forkhead box P3 (Foxp3), Th17 [33] и Tc (cytotoxic, цитотоксические T лимфоциты, CD8+) [21].
Таблица 2. Направления дифференцировки и свойства отдельных субпопуляций Т-лимфоцитов
[21, 33]
Свойства №-1 ( +ТС;?) Тh-2 (GATAS) а-17 Th-reg ("й ireg)
Функции Цитотоксический ответ, реакция гиперчувствительности замедленного типа, защита от внутриклеточных патогенных бактерий и вирусов, гранзим В, перфорины Адаптивный иммунный ответ к различным микроорганизмам. Активация В-лимфоцитов, стимуляция продукции антител. Антигельминтный ответ, аллергия, продукция IgE Препятствие развитию аутоиммунных процессов, реагирование на внеклеточные бактерии и грибы Супрессия иммунного ответа. Толерантность к опухолевой ткани
Продуцируемый цитокин 1Ь-2, 1Ь-12 ^у? т-23, ^-4 12, Ш5* IL-5, IL-9, IL-10 IL-4, IL-5, IL-6, IL-13,IL-25 Ш7 (17 а, 170, IL-22 ^-10, ТGF-p IL35
Факторы, определяющие диф-ференцировку 1Ь-2,1Ь-6, IL-18, TNF-a, лимфотоксин IL-1p, IL-4, IL-5, IL-6, IL-10, IL-18, TNF-a 1Ь-23 IL-21 TGF-p
Примечание: "активация NK.
Важнейшим механизмом действия молочнокислых бактерий на иммунную систему организма хозяина является стимуляция или супрессия продукции цитоки-нов или экспрессии рецепторов для восприятия цитокинов и антигенов. Провос-палительные цитокины (IFNy, TNF-a, IL-ip, IL- 6, IL-8, IL-15) и антивоспалительные цитокины (IL-10 и TGF-в) оказывают влияние на эффекторные клетки: гранулоци-ты, макрофаги, дендритные клетки, Т и В лимфоциты. Клетки, участвующие в иммунном ответе, как известно, различаются по морфологии и функциям, а также поверхностным структурам. Данные структуры позволяют выделить поверхностные дифференцировочные маркеры для распознавания иммунокомпетентных клеток (ИКК), таких как: CD4+ (Т-хелперы), CD8+ (цитотоксические лимфоциты), CD40+ (зрелые В лимфоциты), CD56+ (NK), CD80+ (активированные лимфоциты), CD4+ CD25+ Foxp3+ (Т регуляторные лимфоциты), CD83+ (дендритные клетки), CD86+ (антигенпрезентирующие клетки, синтезирующие IL-2), MHC II (все антигенпре-зентирующие клетки и лимфоциты).
Влияние различных штаммов LAB на иммунокомпетентные клетки. Методом ОТ-ПЦР, а также при использовании моноклональных антител показано, что различные виды лактобацилл, лактококки, энтерококки, бактероиды, эшерихии могут как ингибировать, так и стимулировать выработку ряда цитокинов: TNF-a, IL-8 и МСР-1 [34, 35], TGF-p, IL-1|3, TNF-a, IL-6, IL-18, |3-дефенсин 3 и других [36],
а также ^-4 и ^-10, что может привести к развитию иммунного ответа с разными вариантами дифференцировки Т лимфоцитов [30, 33]. Для каждого исследованного штамма выявлены специфические особенности влияния на продукцию цитокинов, экспрессию рецепторов и адгезивных молекул на поверхности различных клеточных культур эпителиального и лимфоидного происхождения.
Сравнительное исследование иммуномодулирующего эффекта различных штаммов энтерококков, лактобацилл и бифидобактерий, выделенных из фекалий, на клеточные культуры человеческого кишечного эпителия (Сасо-2, НТ-29, НСТ116) выявило различия в секреции ^-8, TLR3, TLR4, TLR9, ^-10 рецепторов [36-38]. Показано [18], что максимальной активностью среди лактобацилл, бифидобактерий и энтерококков обладали последние, причем не все культуры Enterococcus spp., а только 4 из 16 штаммов обладали выраженными иммуномодулирующими свойствами (табл. 3). Эти штаммы были способны ингибировать выработку хемокина ^-8 и действовали в количестве в 10 раз меньшем, чем другие культуры молочнокислых бактерий.
Таблица 3. Влияние лактобацилл и энтерококков на продукцию цитокинов и экспрессию рецепторов клетками Caco, HT-29, HCT116 эпителиального происхождения
Штаммы LAB IL-4IL-10 IL-8 TNF-a TLR1-TLR5 TLR-9 TRAF6 TGF-в
Enterococcus faeca-lis (EC1-EC16)* = +EC1*, EC3, EC15, EC16 остальные + все штаммы ? - EC1, EC3, EC15, EC16 - EC1, EC** +EC3, EC15**
L. rhamnosus GG = + + ? ? ? =
L. brevis T6 = ? ? ? - ? =
L. delbrueckii bulgaricus D1 = ? ? - ? ? -
L. paracasei LP33 = - ? ? - ? =
Примечание: * — ЕС1-16 — обозначение отдельных штаммов Е. faecalis, вызывающих увеличение экспрессии генов, кодирующих цитокины и TLR (п = 16); н--увеличение экспрессии; = — отсуствие изменений,
--уменьшение экспрессии; ? — нет достоверных данных; ** — остальные без изменений (=).
Также были выявлены различия во влиянии лактобацилл и бифидобактерий на дифференцировку ИКК (табл. 4 и 5).
Исследования in vivo. Изучение влияния молочнокислых бактерий на иммунную систему in vivo — еще более сложная задача. Для этих целей часто используют лабораторных животных (гнотобионтов, с различными дефектами иммунной системы или с инфекционными заболеваниями). Чаще всего пробиотики вводятся перорально, поэтому наибольший интерес представляет влияние на слизистые желудочно-кишечного тракта. При этом нужно учитывать особенности временной колонизации слизистых желудочно-кишечного тракта пробиотическими бактериями, возможность их проникновения за пределы собственной пластинки слизистой, попадания их в мезентериальные лимфоузлы и кровяное русло [41].
Таблица 4. Влияние пробиотических лактобацилл и бифидобактерий на дифференцировку
иммунокомпетентных клеток [39]
Штаммы CD80+ CD83+ CD86+ CD40+ MHC II
Lactobacillus gasseri ATCC 19992 + + + + +
L. johnsonii ATCC 33200 + + + + +
L. plantarum ATCC 8014 1? L. plantarum NCIMB 882, L.plantarum ATCC 8014, L. plantarum 229v, Lb20 + + + + +
L. reuteri ATCC 23272 + + + + +
L. rhamnosus GG = + + =
L. rhamnosus Numico Research + + = - -
Bifidobacterium bifi dum W23 10 ± + = + =
B. infantis W52 10 = + = +
L. salivarius W24 10 = = = = =
VSL 3 + = = + =
Примечание:--уменьшение содержания популяции клеток; +--повышение содержания популяции
клеток; = — содержание клеток, равное контрольной группе.
Таблица 5. Способность пробиотических штаммов бактерий изменять поляризацию
Т лимфоцитов ^1/^2 [40]
Пробиотические бактерии Эффект
L. plantarum, L. lactis, L. casei, L. rhamnosus GG , L. casei Shirota, L. delbrueckii subsp. bulgaricus, L. acidophilus, L. rhamnosus HNOOI ГШ
L. salivarius, B. infantis, L. reuteri, E. coli Nissle 1917 , L. casei Shirota TTh1
L. rhamnosus HNOOI TTh1, TTh2
Выявленные различия в иммуномодулирующих эффектах отдельных пробиотических штаммов в системах in vitro и in vivo могут быть объяснены индивидуальными особенностями иммунологического статуса и иммунологической толерантности к ним макроорганизма, а также влиянием на иммунитет микробиоты, находящейся в состоянии динамического равновесия, в том числе при введении пробиотиков.
Этот факт объясняет проблемы, которые встают при трактовке результатов, полученных при различных условиях экспериментов. Примером может быть наиболее хорошо изученный штамм молочнокислых бактерий Lactobacillus rhamnosus GG. Иммуномодулирующие свойства этого штамма изучали в нескольких лабораториях в системе in vitro и in vivo. Показано, что культура этих бактерий может активировать фагоцитоз, стимулировать провоспалительные цитокины IL-6 и TNF-a. Однако в экспериментах на лабораторных животных данные эффекты выявить не удалось. M. S. Gilmore с соавторами было обнаружено, что этот штамм лактобацилл действует значительно менее активно по сравнению с эшерихиями и бактероидами. На основании полученных результатов авторы сделали предположение, что Lactobacillus
Таблица 6. Компоненты пробиотических бактерий и их метаболиты, влияющие на иммунитет
Фактор Эффект Система Ссылка
Молочная кислота + фагоцитарная активность макрофагов и полиморфноядерных лейкоцитов In vitro [44]
Бутират - NFKB In vitro [45]
Бутират F. prausnitzii B. pullicaecorum -IL6, -IL 8, -IL-12, -TNF-a,+IL10, +TGF-p, + CD3+CD25+ Foxp3+ In vitro, экспериментальный колит у крыс [46]
Пептидогикан Lactobacillus bulgaricus Преобразует мышиные пре-Т-клет-ки в 9-позитивные клетки, активирует систему комплемента In vivo [47]
Липотейхоевые кислоты, рибитолтейхоевые, глицеролтейхоевые + IL-1p, +IL-6, + TNF-a Поликло-нальная стимуляция В- лимфоцитов с последующей специфической стимуляцией и синтезом специфических антител In vivo [48; 49 ]
Тейхоевые кислоты +IL-1p, + IL-6, +TNF-a In vitro [25, 45, 50]
Мурамилпептид + лимфопролиферативный ответ на Т и В-клеточные митогены, + пролиферация цитотоксических Т-лимфоцитов, + иммуноглобулинов, +цитотоксическую функцию макрофагов, + IL-1, ТНФ-a In vivo [45, 51 ]
Экстракт из клеточной стенки лактобацилл +IL-1 Усиление ГЗТ, + синтез специфических антител In vitro, In vivo [52]
Фрагменты клеточной стенки энтерококков - TLR - IL-8 In vitro [53]
Экзополисахариды энтерококков - TLR - IL-8, + IL-10 In vitro [37, 54]
Экзополисахариды лактобацилл +IgA местно (lamina propria*), +IL-10, IL-6, IL-12 в кишечнике In vivo [43]
Протеазы лактобацилл + синтез цитокинов макрофагами In vitro [51]
Фрагменты ДНК, лактобацилл, бифидобактерий Ингибирование дезагрегации ia. Блок активации TLR9 In vitro [20]
Примечание: * — собственная пластинка слизистой.
rhamnosus GG действует на иммунитет в основном опосредованно, ингибируя рост других микроорганизмов, заселяющих кишечник животных [41]. В то же время было отмечено, что некоторые штаммы лактобацилл ^. casei, L. plantarum) могут вызвать иммунный ответ с Т-зависимой стимуляцией системного иммунного ответа и попаданием фрагментов лактобацилл и цельных бактерий в пейеровые бляшки. Это может определять особенности действия лактобацилл на системный и местный иммунитет, а также стимуляции различных цитокинов. Различия в способности стимулировать выработку интерферона была выявлены при пероральном введении молочнокислых стрептококков и энтерококков [42].
Таблица 7. Влияние пробиотических препаратов на иммунный статус пациентов при профилактике и лечении заболеваний желудочно-кишечного тракта инфекционной природы
Заболевания Пробиотические бактерии Изменения в иммунограмме Ссылки
Профилактика ОКИ L. acidophilus Увеличение количества В-лимфоцитов [30]
Профилактика кишечных инфекций L. plantarum +CR3, FcaR на моноцитах и СR1, Fc YR1, FcaR на нейтрофилах [55]
Лечение хеликобак-
териозов, неспецифического язвенного E. faecium L3 +^-10 [56]
колита
Болезннь Крона Lactobacillus casei и Lactobacillus bulgaricus но не Lactobacillus crispatus или Escherichia coli Снижение секреции слизистой кишечникаТОТ-а [57]
F. prausnitzii + ^ у, - 1Ь-10 [22]
Lactobacillus crispatus и Escherichia coli Отсутствие изменений ТОТ-а в слизи [57]
Lactobacillus delbruekii и Lactobacillus fermentum + сульфаса-лазин - ОТ-карра В, ТОТ-а, + экспрессия генов, кодирующих антивоспалительные цитокины [58]
Язвенный колит Сульфасалазин+ гидрокортизон BIFICO — 3 штамма Bifidibacterium spp. - ОТ-карраВ, -ТОТ-а, -^-1 р, + ^ 10, + в фекалиях бифидобактерий и лакто-бацил [59]
LGG - т-1р, - ТОТ-а, - ^ у, ^-12, + ^-10 [60]
VSL3 Нарушение межклеточных контактов, восстановление микробиоты [61]
L. acidophilus + Bifidobacterium longum - - ТОТ-а, - С-реактиный белок [62]
Bifidobacterium longum - - ТОТ-а, - С-реактиный белок, -р-дефензины [62]
L. plantarum - т-1р, - ТОТ-а, - ^ у, - ^-12, + ^-10 [63]
Примечание: +--увеличение экспрессии,--уменьшение экспрессии.
Практически все авторы отмечают дозозависимый эффект иммуномодулиру-ющего действия пробиотических бактерий, увеличивающийся при введении большего количества бактерий или наличии выраженной устойчивости молочнокислых бактерий к факторам врожденного иммунитета организма. Важно также, что ин-дигенные, полученные из организма хозяина лактобациллы, бифидобактерии и энтерококки действовали в значительно меньших количествах, чем пробиотические штаммы (соответственно в 4 и 8 ^ КОЕ/мл) [43].
Влияние структурных компонентов и метаболитов пробиотических бактерий. Известно, что поверхностные структуры различных пробиотических штаммов,
в том числе лактобацилл бифидобактерий и энтерококков, неоднородны. Не удивительно, что это приводит к индивидуальным особенностям влияния пробиотиков на экспрессию определенных рецепторов на поверхности эпителиоцитов, моноцитов и лимфоцитов, а также на синтез IL. Большое значение имеют компоненты клеточной стенки, а также ДНК и ее производные. Они способны взаимодействовать с TLR2, TLR3, TLR9, CD14+ (маркер моноцитов и макрофагов) рецепторов INF-, расположенными на поверхности эпителиоцитов, макрофагов, лейкоцитов, дендритных клеток, NOD2 рецепторами, экспрессирующимися в основном в цитоплазме лейкоцитов периферической крови. Исследование действия отдельных иммуномо-дулирующих факторов и метаболитов (табл. 6) проводится с целью выявления механизмов действия пробиотических штаммов бактерий и разработки новых иммуно-модулирующих препаратов.
Действие пробиотиков на иммунитет при воспалительных заболеваниях. Примеры воздействий различных пробиотических лактобацилл и энтерококков на иммунную систему пациентов, страдающих различными заболеваниями кишечника инфекционной природы, представлены в таблице 7.
В последнее время необходимость усиления иммуномодулирующего эффекта пробиотиков привела к созданию принципиально новых пробиотических препаратов — генетически измененных штаммов лактобацилл и лактококков, в геном которых введены гены, обеспечивающие продукцию человеческого IL-10 [64, 65]. IL-10, или «супрессорный фактор», вырабатывают преимущественно Т-хелперы 2-го типа. Он способен подавлять функцию моноцитов, Т-хелперов 1-го типа и натуральных киллеров, снижать продукцию IFN-y, IL-1, TNF, IL-8, повышать пролиферацию тканевых базофилов, В-лимфоцитов и Т-регуляторных лимфоцитов. Важно, что Т-регуляторные клетки контролируют все формы ответа иммунной системы, ограничивают воспалительные реакции и поддерживают толерантность в отношении микробиоты и пищевых антигенов, доминируют в слизистой кишечника [21, 66].
Таким образом, доказано наличие общих и штаммоспецифических особенностей действия пробиотиков и их компонентов на иммунитет в системах in vitro и in vivo: экспрессию цитокинов, рецепторов и адгезивных молекул, кластерную диффе-ренцировку иммунокомпетентных клеток, фагоцитоз, систему комплемента, выработку иммуноглобулинов и др.
Обнаружены штаммы, стимулирующие или подавляющие воспалительные реакции, по-разному влияющие на дифференцировку Т-лимфоцитов, оказывающие локальные эффекты и запускающие системные реакции в результате транслокации, влияния на микробиоту и функциональное состояние слизистых.
Следовательно, для оптимизации использования пробиотиков необходимо учитывать их иммуномодулирующий эффект.
Литература
1. Food and Agriculture Organization of the United Nations, World Health Organization. Guidelines for evaluation of probiotics in food. London, Ontario: Canada; 2002. URL: ftp://ftp.fao.org/ es/esn/food/ wgreport2.
2. Онищенко Г. Г., Алешкин В. А., Афанасьев С. С. Иммунобиологические препараты и перспективы их применения в инфектологии / под ред. Г. Г. Онищенко, В. А. Алешкина, С. С. Афанасьева, В. В. Поспеловой. М.: ГОУ ВУНМЦ МЗ РФ, 2002. 608 с.
3. Ткаченко Е. И., Суворов А. Н. Дисбиоз кишечника. М.: Изд-во СпецЛит, 2009. 280 с.
4. Salminen S., von Wright A., Ouwehand A. Lactic Acid Bacteria: Microbiological and Functional Aspects // Lactic Acid Bacteria Microbiology and Functional Aspects / 3rd eds S. Salminen, Atte von Wright, Arthur Ouwehand. Finland. 2004. 656 p.
5. Delcenserie V., Martel D., Lamoureux M. et al. Immunomodulatory effects of probiotics in the intestinal tract // Curr. Issues Mol. Biol. 2008. Vol. 10, N 1-2. P. 37-54.
6. Gill H. Prasad Probiotics, immunomodulation, and health benefits // J. Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 606. P. 423-54.
7. Suvorov A. Gut microbiota, probiotics, and human helth // Bioscience of Microbiota, Food and Health. 2013. Vol. 32, N 3. P. 81-91.
8. Шендеров Б.А. Микрофлора человека и животных и ее функции // Медицинская микробная экология и функциональное питание. Т. 1. Микрофлора животных и человека и ее функции. М.: ГРАНТЪ, 1998. 288 с.
9. Парфенов А. И., Ручкина И. Н., Осипов Г. А. Антибиотико-ассоциированная диарея // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2002. № 5. С. 92-95.
10. Ermolenko E., Gromova L., Borschev Y. et al. Influence of different probiotic lactic acid bacteria on microbiota and metabolism of rats with dysbiosis // Bioscience of Microbiota, Food and Health. 2013. Vol. 32, N 2. P. 41-49.
11. Афонюшкин В. Н., Коптев В. Ю., Леонов С. В. Механизмы поддержания гомеостаза в тонком и толстом отделах кишечника при дисбактериозе у крыс линии «Вистар» // «Актуальные вопросы ветеринарии». Материалы научно-практической конференции факультета ветеринарной медицины НГАУ Новосибирск, 2004. С. 433.
12. Fekety R., Silva J., Toshniwal R. et al. Antibiotic-associated colitis: effects of antibiotics on Clostridium difficile and the disease in hamsters // Rev Infect Dis. 1979. Vol. 1 (2). P. 386-97.
13. Taguchi N., Fujita I. Composite for Clostridium difficile diarrhea and pseudomembranous colitis. 1993. URL: http://www.freepatentsonline.com/5266315.pdf.
14. Воропаева Е. А. Роль микробиоценозов открытых полостей в формировании реактивности организма: диагностические критерии для оценки состояния здоровья человека: автореф. дис. ... д-ра биол. наук. 2013. 43 с.
15. Caetano J. A., Parames M. T., Babo M. J. et al. Immunopharmacological effects of Saccharomyces boulardii in healthy human volunteers // Int. J. Immunopharmacol. 1986. Vol. 8. P. 245-259.
16. Бельтюков П. П., Абдурасулова И. Н., Тарасовой Е. А. и др. Исследование влияния пробиоти-ческих эшерихий и энтерококков на иммунную систему здоровых крыс // Ученые записки Санкт-Петербургского государственного медицинского университета имени академика И. П. Павлова. 2009. Вып. 16, № 2. С. 54-58.
17. Кокряков В. Н. Очерки о врожденном иммунитете. СПб.: Наука, 2006. 261 с.
18. Galdeano C., de Moreno de Blance A., Vinderola G. et al. Proposed model: mechanisms of immunomodulation induced by probiotic bacteria // Clinical and Vaccine Immunology. 2007. Vol. 14 (5). P. 484-492.
19. Resta-Lenert S., Barrett K. E. Live probiotics protect intestinal epithelial cells from the effects of infection with enteroinvasive Escherichia coli (EIEC) // Gut. 2003. Vol. 52. P. 988-997.
20. Ochara A. M. Mechanisms of Action of Probiotics in Intestinal Diseases // Review Article The Scientific World JOURNAL. 2007. Vol. 7. P. 31-46.
21. Hardy H., Harris J., Lyon E. et al. Probiotics, Prebiotics and Immunomodulation of Gut Mucosal Defences: Homeostasis and immunopathology // Nutrients. 2013. Vol. 5. P. 1869-1912.
22. Petrof E. O., Kojima K., Ropeleski M. J. et al. Probiotics inhibit nuclear factor kappaB and induce heat shock proteins in colonic epithelial cells through proteasome inhibition // Gastroenterology. 2004. Vol. 127. P. 1474-1487.
23. Tao Y., Drabik K. A., Waypa T. S. et al. Soluble factors from Lactobacillus GG activate MAPKs and induce cytoprotective heat shock proteins in intestinal epithelial cells // Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2006. Vol. 290. P. 1018-1030.
24. Yan F., Polk D. B. Probiotic bacterium prevents cytokine-induced apoptosis in intestinal epithelial cells // J. Biol. Chem. 2002. Vol. 277. P. 50959-50965.
25. Rambaud J.-C., Buts J.-P., Corthier G., Flourie B. Gut microflora Digestive physiology and pathology. Paris: John Libbey Eurotex, 2006. 247 p.
26. Гапон М. Н., Терновская Л. Н., Алекушина А. В. Влияние кисломолочного продукта «Наринэ» на состав микрофлоры кишечника в динамике экспериментального лекарственного дисбактериоза // Материалы международной конференции «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания. Современное состояние и перспективы». М., 2004. 45 c.
27. Калмыкова А. И., Пальчикова Н. А., Богатова Н. П. и др. Системная реакция организма экспериментальных животных на длительный прием пробиотика // Бюллетень СО РАМН. 2005. № 3 (117). С. 97-101.
28. Ермоленко Е. И. Молочнокислые бактерии // Labert academic Publishing, Deutchland Labert, Deutchland. 2011. 283 c.
29. Banasaz M., Norin E., Holma R., Midtvedt T. Increased enterocyte production in gnotobiotic rats mono-associated with Lactobacillus rhamnosus GG // Appl. Environ. Microbiol. 2002. Vol. 68. P. 3031-3034.
30. Хорошилова Н. В. Имуномодулирующее и лечебное действие пробиотиков // Иммунология. 2006. № 6. С. 252-256.
31. Olivares M., Diaz-Ropero M. P., Gomez N. et al. The consumption of two new probiotic strains, Lactobacillus gasseri CECT 5714 and Lactobacillus coryniformis CECT 5711, boosts the immune system of healthy humans // Int. Microbiol. 2006. P. 47-52.
32. Ohashi T., Minamishima Y., Yokokura T., Mutai M. Induction of resistance in mice against murine cytomegalovirus by cellular components of Lactobacillus casei // Biotherapy. 1989. Vol. 1, N 2. P. 89-95.
33. Zhu J., Paul W. E. Peripheral CD4+ T-cell differentiation regulated by networks of cytokines and transcription factors // Immunological Reviews. 2010. Vol. 238. P. 247-262.
34. Blum S., Alvares S., Haller D. Intestinal microflora and the interaction with immunocompetent cells // Antonie van Leewenhoek. 1999. Vol. 76. P. 199-205.
35. Wang Y., Wang J., Dai W. Use of GFP to trace the colonization of Lactococcus lactis WH-C1 in the gastrointestinal tract of mice // J. Microbiol. Methods. 2011. Vol. 86 (3). P. 390-392.
36. Lan J.-G., Cruicshank S. M., Singh J. C. I. et al. Different cytokine response of primary colonic epithelial cells to commensal bacteria // World Gastroenterol. 2005. Vol. 11, N 22. P. 3375-3384.
37. Are A., Aronsson L., Wang S. et al. Enterococcus faecalis from newborn babies regulate endogenous PPARgamma activity and IL-10 levels in colonic epithelial cells // Proc Natl Acad Sci USA. 2008. Feb 12. Vol. 105 (6). P. 1943-1948.
38. Lundin A., Bok C. M., Aronsson L. et al. Gut flora, Toll-like receptors and nuclear receptors: a tripartite communication that tunes innate immunity in large intestine // Cell Microbiol. 2008. May. Vol. 10 (5). P. 1093-1103.
39. Borchers A. T., Selmi C., Meyers F. J. et al. Probiotics and immunity // J. Gastroenterol. 2009. Vol. 44. P. 26-46.
40. Delcenserie V., Martel D., Lamoureux M. et al. Immunomodulatory effects of probiotics in the intestinal tract // Curr. Issues Mol. Biol. 2008. Vol. 10, N 1-2. P. 37-54.
41. Manson J. M., Rauch M., Gilmore M. S. The commensal microbiology of the gastrointestinal tract // Adv. Exp. Med. Biol. 2008. Vol. 635. P. 15-28.
42. Лясковский Т. М., Рыбалко С. Л., Подгорский В. С. Индукция интерферона молочнокислыми бактериями в экспериментах in vitro и in vivo // Микробиол. журн. 2005. Т. 67, № 2. С. 81-87.
43. Vinderola G., Perdigon G., Duarte J. et al. Effect of the oral administration of the exopolysaccharide produced by Lactobacillus kefiranofaciens on the gut mucosal immunity // Cytokine. 2006. Vol. 36, N 5-6. P. 254-260.
44. Глушанова Н. А. Биологические свойства лактобацилл // Бюллетень сибирской медицины. 2003. Т. 2, № 4. С. 50-57.
45. Бондаренко В. М., Чупринина Р. П., Аладышева Ж. И., Мацулевич Т. В. Пробиотики и механизмы их лечебного действия // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. 2004. № 3. С. 83-87.
46. Miquel S., Martín R., Rossi O. et al. Faecalibacterium prausnitzii and human intestinal health // Curr. Opin Microbiol. 2013. Vol. 16 (3). P. 255-261.
47. Prokop'ev A. A., Kalinina N. M., Andreev S. V. et al. Peptidoglycan isolated from Lactobacillus bulgari-cus: its effect, mediated by the complement system, on pre-T-cell maturation // Biull. Eksp. Biol. Med. 1987. Oct. Vol. 104 (10). P. 492-494.
48. Knox K. W., Wicken A. J. Immunological properties of teichoic acids // Bacteriol. Rev. 1973. N 37. P. 215-257.
49. Choorpenning F. W. Immunologic effects of teichic acid and inanimate bacterial product in the environment: a rewiew // OHIO J. Sci. 1982. Vol. 882, N 31. P. 31-37.
50. Николаева Т. Н., Зорина В. В., Бондаренко В. М. Роль цитокинов в модуляции иммунореактив-ности организма бактериями рода Lactobacillus // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 2004. № 6. С. 101-106.
51. Henderson B., Wilson M. Homo bacteriens and a network of surprises // J. Med. Microbiol. 1996. Vol. 45. P. 393-394.
52. Цой И. Г., Сапаров А. С., Тимофеева И. К. Иммуностимулирующее действие лактобактерий на цитотоксичность естественных клеток-киллеров // Журнал микробиологии, эпидемиологии и иммунобиологии. 1994. № 6. С. 112-113.
53. Wang S., Mei Ng L. H., Chow W. L., Lee Y. K. Infant intestinal Enterococcus faecalis down-regulates inflammatory responses in human intestine al cell lines // World J. Gastroenterology. 2008. Vol. 14, N 7. P. 1067-1076.
54. Perdigon G., Madonado G., Vinderola C. et al. Immunomodulation of mucosal immune response by probiotics // Curr. Trends Immunol. 2005. Vol. 6. P. 69-85.
55. Суворов А. Н., Захаренко С. М., Алехина Г. Г. Энтерококки как пробиотики выбора // Клиническое питание. 2003. № 1. С. 26-29.
56. Borruel N., Carol M., Casellas F. et al. Increased mucosal tumour necrosis factor alpha production in Crohn's disease can be downregulated ex vivo by probiotic bacteria // GUT. 2002. Vol. 51. P. 659-664.
57. Hegazy S. K., El-Bedewy M. M. Effect of probiotics on pro-inflammatory cytokines and NF-kappa B activation in ulcerative colitis // World J. Gastroenterol. 2010. Vol. 7, N 16 (33). P. 4145-4151.
58. Cui H. H., Chen C. L., Wang J. D. et al. Effects of probiotic on intestinal mucosa of patients with ulcerative colitis // World J. Gastroenterol. 2004. Vol. 15, N 10 (10). P. 1521-1525.
59. Dieleman L. A., Goerres M. S., Arends A. et al. Lactobacillus GG prevents recurrence of colitis in HLA-B27 transgenic rats after antibiotic treatment // Gut. 2003. Vol. 52. P. 370-376.
60. Mennigen R., Nolte K., Rijcken E. et al. Probiotic mixture VSL 3 protects the epithelial barrier by maintaining tight junction protein expression and preventing apoptosis in a murine model of colitis // Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 2009. Vol. 296. P. 1140-1149.
61. Uronis J. M., Arthur J. C., Keku T. et al. Gut microbial diversity is reduced by the probiotic VSL 3 and correlates with decreased TNBS-induced colitis // Inflamm. Bowel Dis. 2011. Vol. 17. P. 289-297.
62. Furrie E., Macfarlane S., Kennedy A. et al. Synbiotic therapy (Bifidobacterium longum/Synergy1) initiates resolution of inflammation in patients with active ulcerative colitis: A randomised controlled pilot trial // Gut. 2005. Vol. 54. P. 242-249.
63. Schultz M., Veltkamp C., Dieleman L. A. et al. Lactobacillus plantarum 299v in the treatment and prevention of spontaneous colitis in interleukin-10-deficient mice // Inflamm. Bowel Dis. 2002. Vol. 8. P. 71-80.
64. Zhi-bing Q., Liang Z., Chen J. et al. Construction of a recombinant lactobacillus strain expressing IL-10 // Infect Immun. 2004. Vol. 72, N 9. P. 5308-5314.
65. Huibregtse I. L., Zaat S. A., KapsenbergM. L. et al. Genetically Modified Lactococcus lactis for Delivery of Human Interleukin-10 to Dendritic Cells // Gastroenterology Research and Practice. 2012. Vol. 2012, Article ID 639291, 7 p. doi:10.1155/2012/639291. URL: http://www.hindawi.com/journals/grp/etoc/.
Статья поступила в редакцию 26 сентября 2014 г.
Контактная информация
Ермоленко Елена Игоревна — доктор медицинских наук, профессор, заведующая лабораторией;
Ermolenko Elena I. — Doctor of Medicine, Professor, the chief of the laboratory; [email protected]
